Hücreler Çevreleriyle Etkileşimde Bulunmak için Mekanik Gerginlik Sensörlerini Nasıl Kullanır?
Fotoğraf: Aktin liflerine (mavi) bağlı hücre yapışma proteinleri vinculin (sol, turuncu) ve a-katenin (sağ, pembe) kriyo-elektron mikroskobu rekonstrüksiyonları
Aktin, hücrelerdeki proteinler arasında en bol olandır ve hücreye şeklini vermek ve proteinler arası çeşitli hücresel fonksiyonları yönetmek gibi işlevi vardır. O olmadan, kırılgan temel yaşam birimi parçalanırdı.
Aktin aktivitesinin büyük bir kısmı mekanik sinyallemeye dayanır; bir şekilde çevreden gelen fiziksel geri bildirimi algılar ve buna göre tepki verir. Bugünlerde, eLife’taki yeni bir çalışma, bu mekanik sinyallemenin nasıl çalıştığını anlatıyor. Araştırmacılar, bireysel aktin liflerini tam anlamıyla gererek, aktinin hücresel mekanik mesajları diğer proteinlere ilettiği bir süreç belirlediler. Yüzlerce farklı protein aktin liflerini bağladığından, bu keşfin etkileri geniş kapsamlıdır ve sonuçta hücrelerin mekanik olarak hareketi nasıl kontrol ettiğini açıklayabilir—kalp hücrelerinin nasıl büzüldüğü veya hareketli hücrelerin nasıl hareket ettiği de dahil olmak üzere.
Yardımcı doçent ve yapısal Biyofizik ve Mekanobiyoloji Laboratuvarı Başkanı Gregory M. Alushin,” Aktin liflerinin potansiyel olarak hücredeki küçük esnek gerginlik sensörleri olabileceği fikri bir süredir literatürde dolaşıyor, ama bence bunu burada gerçekten kanıtladık ” diyor. “Şimdi hücredeki mekanik sinyallemenin nüanslarını anlamaya başlıyoruz.”
Mekanik Bir Sinyal Arayışı İçinde
Bir hücrenin yaşam döngüsü, iyi çalışılmış merkezi atom ağları ve reseptörlerin hücreye bilgi beslediği ve büyüdüğünü, bölündüğünü, göç ettiğini veya öldüğünü belirlediği kimyasal sinyallemeye yakından bağlıdır. Ancak fiziksel kuvvetler, moleküllerin birbirini ittiği ve çektiği, sürekli olarak bir araya geldiği ve ayrıştığı tamamen farklı bir fenomen yoluyla hücrelere önemli sinyaller iletir.
Onlarca yıllık araştırmalar kimyasal sinyalizasyon sürecine ışık tutarken, mekanik sinyallemenin özellikleri hala tam olarak anlaşılmamıştır. Örneğin, bir hücre bir petri kabının dibine yapıştığında veya komşu hücrelerle temas ettiğinde, çevresi ile etkileşimi, hücrenin dış kenarındaki yapışma proteinlerine bağlanan aktin tarafından tahrik edilir.
Ancak, hücrelerin çevrelerinden aktine nasıl mekanik bir sinyal ilettiği ve aktinin bu sinyali ya yapışma proteinlerini çağırmak ya da onları itmek için nasıl ilettiği belirlenemedi.
Rockefeller’da kimyasal biyoloji mezunu olan lin Mei,”Aktin bağlayıcı yapışma proteinlerini uzun yıllardır biliyoruz. Ancak çalışmamızdan önce, gerdirme aktininin bu mekanik kuvveti algılayabilen proteinlere mekanik bir sinyal ilettiğini kanıtlayan hiçbir araştırma yoktu.” diyor.
‘Disket Kuyruk’ İletimi Alır
Daha fazla araştırmak için, Alushin ve Mei aktini gerdi—kelimenin tam anlamıyla.
Rockefeller’dan Shixin Liu ile işbirliği içinde araştırmacılar, lifin her bir ucunu sabitleyen iki mikroskobik boncuk arasında, bir insan saçının genişliğini yaklaşık 1/15.000 ölçen tek bir aktin lifini askıya alma görevini üstlendi. Daha sonra lifi α-katenin olarak bilinen bir yapışma proteinine maruz bıraktılar ve aktin proteinini bir hücrede yaşayabileceği dakika gerginliğini taklit edecek kadar çekmek için lazer cımbız adı verilen yenilikçi bir teknoloji kullandılar.
Aktinin α-katenin’i çekerken daha iyi bağladığını gözlemlediler, bu da aktinin α-katenin’e mekanik bir sinyal ilettiğini ve α-katenin’in bu sinyali alma kapasitesine sahip olduğunu ima etti.
Ancak benzer bir yapışma proteini olan vinculin, sinyal sağır olduğunu kanıtladı. Gelişmiş elektron mikroskobu tekniklerinin yardımıyla, araştırmacılar α-katenin ve vinculin arasındaki önemli farkı araştırdılar. Alushin,” α-katenin proteininde bir peptit vardı, sadece doğrudan aktine bağlandığında kısmen katlanan disket küçük bir kuyruk, iki proteinin diğer tüm kısımları esasen aynıydı.” diyor.
O ve meslektaşları, aktinin mükemmel bir mekanik sinyal ilettiğinden şüpheleniyordu, ancak sadece α-catenin’in disket kuyruğu onu almaya hazırdı. Sarkık kuyruğundan yoksun olan vinculin, aktin’in çağrısını kaçırdı. Bu teoriyi test etmek için, üzerine nakledilen bir α-katenin kuyruğu ile vinculin’in bir versiyonunu tasarladılar ve disket kuyruklu vinculin, aktin gerildiğinde daha iyi bağlanmaya başladı. Aktin sinyal vericisiydi; disket kuyruğu ise alıcı.
Alushin, α-katenin ve disket kuyruğunun nihayetinde klinik tedaviler için çekici bir hedef haline gelebilmesine rağmen, yeni bulguların her şeyden önce mekanik kuvvetlerin hücresel düzeyde önemli süreçleri nasıl yönlendirdiğini inceleyen gelişen mekanobiyoloji alanı için bir darbe olduğunu belirtiyor. ” α -katenin’in beyin gelişiminde kritik olduğunu ve sıklıkla kanserde mutasyona uğradığını biliyoruz, ancak bunun hakkında bildiklerimizin çoğu, eğer ondan kurtulursanız, hücredeki her şey kırılır. α -katenin’deki kuvvet dedektörünü tam olarak tanımlayarak, araştırmacıların mekanik sinyallemede işlevinin tam olarak ne olduğunu anlamalarını sağlayacağız.” diyor.
Mei,”Aktin tarafından iletilen gücü doğrudan algılayan yüzlerce başka protein olduğundan şüpheleniyoruz.” diye ekliyor. “Çalışmamız, diğer tüm kuvvete duyarlı proteinleri aramaya başlamak için temel ve moleküler ayrıntıları sağlar.”
Kaynak : the-scientist.com